基于单片机太阳能热水器控制系统的设计.doc

1、题 目：基于单片机太阳能热水器控制系统的设计专 业：自动化毕业论文I基于单片机太阳能热水器控制系统的设计摘要今天，环境问题、能源问题日益突出，给我们的生活带来了极大的压力。尽管这些年新兴能源已经得到了很好的发展，但是依旧还是无法解决日趋严峻的能源压力。由于不可再生资源的逐渐减少我们很自然会把目光对准一些可再生资源，这里就不得不提到太阳能，太阳能对我们目前而言可谓是一种取之不尽用之不竭的宝藏，然而由于我们目前的科学技术手段还不能充分的利用太阳能。在本设计中我会给大家介绍一种目前已经算是比较成熟的太阳能应用技术，他就是太阳能热水器。太阳能热水器以其诸多的优点受到人们的欢迎。 本文结合实际太阳能热水

2、器的具体应用，通过软硬件设计，实现以 51 系列单片机为核心器件，扩展外围接口电路，如键盘与显示等。实现按设定时间自动上水、手动上水以及上水期间有音量提示；阴冷天按照设定温度要求可自动加热等功能。关键词：单片机；太阳能；热水器毕业论文IISolar energy water heater based on MCU controller designAbstractAbstract: Today, environmental issues, energy issues have become increasingly prominent, to give our lives has brough

3、t great pressure. Although these years emerging energy already obtained the very good development, but still can not solve the increasingly serious energy pressure. As a result of non-renewable resources are gradually reduced naturally we will focus on some renewable resource, it will have to solar

4、energy, solar energy to our current character it may be said is an inexhaustible inexhaustible treasure, however due to our current scientific and technical hand paragraph was not very good use of its ten one or two. In this design I will give you a present is already relatively mature solar energy

5、application technology, he is the solar water heater.the solar energy water heater with its many advantages is welcome of people.Through the software and hardware design, realization to 51 series microcontroller as the core device, peripheral expansion interface circuit, such as the keyboard and dis

6、play. According to the set time realize automatic sheung shui, manual sheung shui and sheung shui during the volume tip; Cold day temperature can be set according to requirements heating etc. Function.Keywords: SCM, Solar energy water heater .毕业论文III目录第一章 前言 .11.1 太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析 .11.2 太阳能热水器的应用及

7、意义 .2第二章 设计思路及仿真软件 .32.1 方案设计 .32.2 关于 Proteus.3第三章 太阳能热水器控制系统硬件设计 .93.1 各单元模块功能及设计 .93.2 基于 AT89C51 单片机及其外围电路单元 .93.3 水位检测和温度检测接口电路 .113.3.1 上水及排空控制电路和辅助加热电路 .133.3.2 4X4 矩阵键盘设计 .143.3.3 显示接口电路的设计 .173.4 特殊元件介绍 .193.4.1 AT89C51 芯片 .193.4.2 温度传感器 DS18B20.263.4.3 74LS164 简介 .29第四章 控制系统的软件设计 .314.1 主程

8、序设计 .314.2 LED 显示子程序 .314.3 键盘中断子程序 .32毕业论文IV参考文献.34附录 1.36毕业论文1第一章 前言1.1 太阳能热水器的发展概况及市场竞争分析目前，我国已经成为全球最大的太阳能热水器生产销售国家之一，年产量几乎是全世界所有的国家生产量之和，已经有 100 多家生产太阳能热水器的厂家遍布全国各地。 但是最为核心的控制系统我们目前却还是一直处在研究与开发的初级阶段，这是个很尴尬的事情。我们的控制系统只是简单有一些显示温度和显示液位的功能，而并没有很强的温度控制功能，不能满足需要，因为当遇到各种由光照条件不足的情况下，我们的用户使用起来就非常的不方便；即便是

9、一些有辅助加热功能的热水器，也由于不能很好的控制加热温度加热时间等而产生各种问题，由此大大的浪费了能源。 本设计将重点解决这一问题，这款控制系统我们以 AT89C51 这一十分常用的单片机作为我们检测控制的核心元件， 不但可以很好的实现对时间、 温度和水位所有系统参数实时显示和控制，还可以根据用户需要自行实现时间、温度的设定以及控制等强大功能。对于大滞后参数温度我们采用采用模糊控制，这样控制系统就可以根据当地天气状况的实时条件应用系统的辅助加热装置实现在预定时间加热蓄水箱内水的水达到用户预先设定的温度，这样就实现了 24 小时内都有热水供应的用户需求。目前，太阳能热水器是我们已知的最为常见，最

10、为成熟的一种成熟型产品，他有着十分广阔的市场前景和巨大的经济效益， 现在已经得到了十分迅的推广以及应用，太阳能热水器所必须的热能，为我们使用，方便快捷。当今社会发展日新月异， 人们衣食住行生活水平也在不断的提高。 现在市场上用的电热型热水器虽然也应用很广但是应为费用比较昂贵以及他在安全性的局限性远无法和我们绿色低碳的太阳能热水器比。这样的市场背景就极大的方便了阳能热水器壮大和发展。因为太阳能热水器并没有上述缺点，他是绿色低碳环保型产品。这一款热水器他包括主、 从两部分系统： 主系统的最大特点是在光照条件足够的情况下利用阳光能加热；而从系统就是相当于现有的电热水器。在由于光照条件不足的情况下用电

11、加热它在无光照的情况下利用电辅助加热。 它充分利用太阳能的丰富的免费的资源的优势， 同时考虑到在阴天及夜间无法利用太阳能的来满足用户需求。毕业论文2这就很好的解决了现有市场热水器的一些尴尬问题，方便了人们的日常生活。1.2 太阳能热水器的应用及意义我们都知道，可再生资源，太阳能是一种非常环保且储量及其庞大的新型能源。 随着我们现在经济以及科技的发张能源问题已经日益严重，目前我们拥有的传统能源的储量在迅速的减少，而且这一趋势还将日益严重，这就迫使我们尽量开发新能源，而太阳能毫无疑问是一个绝佳的选择，太阳能以其种种优势今后必将成为我们的主要能源。当然太阳能也有其局限性和其自身的劣势，不过随着我们科

12、学技术的进步这些问题都将得到很好的解决目前的一些技术难题终将被攻克。相比较而言，在现有的太阳能技术的利用中，太阳能热水器已经是最为成熟并且已经得到普遍推广使用的成熟型技术。这一技术已经被人们普遍的接受并广泛应用，已经给我们的能源问题缓解了压力，也已经改善了我们日益严重的环境问题，有理由相信在不久的将来他必将得到更好，更长远的发展。我们国家很早就已经开始发展与推广太阳能热水器了，而且也取得了很好的成绩，现在我国已经是全球从推广、应用等最为成熟的国家。这些年涌现出了许多许多有自己特色的而且规模宏大的， 属于我们自己的太阳能企业。我们拥有自己的学术中心，有我们自己的发展技术中心，可以说我们已经形成了

13、一个体系，一个逐步完善与壮大的太阳能发展利用的体系。当然并不是只用我们能看到太阳能的这一巨大优势，全世界各国都在积极的发展这这一新兴能源，并且也取得了一定的成果。我们并不能放松，还需要继续加大力度。毕业论文3第二章 设计思路及仿真软件2.1 方案设计本设计中的太阳能热水器控制系统 AT89C51 单片机为检测控制中心单元， 不仅可以同时实现对温度以及水位这两种系统参数的实时性的显示功能，而且还可以根据用户需求对时间、温度以及其水位状况实现与设定。该控制系统还能够根据当地实际的太阳光照条件利用辅助加热器即我们通常的电加热器来使蓄水箱里面的水可以达到用户预先设定好的设定温度，这样就可以实现全天候不

14、间断的 24 小时热水供应。总体设计框图如图 2-1 所示。图 2-1 系统硬件结构框图2.2 关于 ProteusProteus 这款软件是由英国 Labcenter electronics 公司出版的一款 EDA 工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不但用有很多其他的 EDA 工具软件所拥有的仿真功能，而且这款软件还可以仿真单片机及外围器件，这是其他一些 EDA 软件所不具有的。它可以说是目前在单片机及其外围器件的仿真工具中是最为MCS51单片机水箱电源键盘输入辅助加热LED 显示报警提示温度传感器电磁阀液位传感器手动排水手动上水毕业论文4方便快捷，而且功能强大的仿真

15、软件。虽然在我国国内的推广起步比较晚，但是这并不影响其深深地被广大的单片机爱好者以及那些长期以来一直在从事单片机这一相关行业的人士，还有那些长期以来一直致力于单片机系统的开发应用的那些科技工作者们他们的青睐与喜爱。他之所以如此广受好评与欢迎与其自身的强大功能密不可分。不论是原理布图亦或者是单片机其他外围电路的一些协同仿真以及必不可少的代码调试，Proteus 是十分的完整与快捷，它还可以非常方便的一键切换到 PCB 的设计当中，从真正意义上实现了把电路仿真软件、PCB 设计软件和模拟模型仿真软件这三款软件三合为一的强大的设计平台。它的处理器模型可以说是支持目前市场上几乎所有常见的那些单片机。更

16、为优越的是他在编译方面，也同样强大支持了常见的多种编译器。 Proteus 软件具有原理布图、PCB 自动或人工布线及 SPICE 仿真这些其它 EDA 工具软件（例：multisim ）的功能。并且有自身的突出特点：用户完全能够实时的使用像RAM，ROM，键盘，马达等等这些器件，实现我们设计的电路的互动仿真；可以仿真市场常见的主流 51 单片机 甚至可以在根据我们自己的原理图实现原理图的虚拟原型上编程，然后再配合适当的显示器进行输出，这样我们就完全可以看到在其必须要运行以后才能看到的输入输出的效果。在配合系统自身配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus 就建立了一个十分完善的功能强大的

17、电子产品的设计与开发的环境。 （1）智能原理图设计（ISIS）丰 富 的 器 件 库 ： 超 过 27000 种 元 器 件 ， 可 方 便 地 创 建 新 元 件 ； 支 持 智 能 器 件搜 索 ： 通 过 模 糊 搜 索 可 以 方 便 快 捷 的 找 到 我 们 要 找 的 器 件 ； 支 持 智 能 连 线 ； 支 持总 线 结 构 ： 非 常 方 便 清 晰 的 简 化 我 们 的 设 计 中 的 复 杂 的 线 路 ； 支 持 高 质 量 图 纸 的输 出 。 （ 2） 完 善 的 电 路 仿 真 功 能 （ Prospice）ProSPICE 混 合 仿 真 ； 超 过 270

18、00 个 仿 真 器 件 还 可 以 自 行 设 计 我 们 需 要 的 仿 真器 件 ,Labcenter 也 在 不 断 地 发 布 这 各 种 新 的 仿 真 器 件 ， 他 还 可 以 导 入 第 三 方 发 布 的仿 真 器 件 以 供 我 们 的 方 便 使 用 ； 多 样 的 激 励 源 ； 各 种 虚 拟 仪 器 ： 有 13 种 虚 拟 仪器 ， 操 作 效 果 十 分 清 晰 逼 真 ； 仿 真 显 示 ：毕业论文5它 的 引 脚 的 数 字 电 平 是 用 不 同 颜 色 的 色 点 来 显 示 ， 而 且 导 线 以 不 同 颜 色 还 可 以 表示 其 对 地 电 压

19、 大 小 ， 结 合 各 种 我 们 所 需 的 动 态 器 件 （ 如 电 机 、 显 示 器 件 、 按 钮 ）的 使 用 那 就 使 得 我 们 的 仿 真 效 果 更 加 清 晰 直 观 ； 高 级 图 形 仿 真 功 能 （ ASF） ；（ 3） 独 特 的 单 片 机 协 同 仿 真 功 能 （ VSM）支持主流的 CPU 类型，而且 CPU 类型将会随着版的本升级继续不断的增加，如即将支持 CORTEX、DSP 处理器； 支 持 通 用 外 设 模 型 ， 其 COMPIM（ COM 口 物 理 接 口 模 型 ） 还 可 以 使 仿 真 电 路通 过 PC 机 串 口 和 外

20、部 电 路 实 现 双 向 异 步 串 行 通 讯 ； 实时仿真：支持几乎所有的主流仿真； 编 译 及 其 调 试 ： 支 持 单 片 机 中 最 为 原 始 普 遍 的 汇 编 语 言 仿 真 ， 其 内 部 本 身 就带 有 8051 等 的 汇 编 编 译 器 ， 还 可 以 与 我 们 熟 悉 的 IAR， KEIL 其 他 第 三 方 集 成 编译 环 境 （ 如 IAR、 Keil 和 Hitech） 相 互 结 合 ， 进 行 高 级 语 言 像 C 语 言 ， C+等 的源 码 级 仿 真 以 及 调 试 的 工 作 ； （4）实用的 PCB 设计平台原理图到 PCB 的快速通

21、道： 当我们把自己的原理图设计好后，我们非常方便的就可以一键可进入 ARES 的 PCB 设计环境，这样我们就能够完美的实现各个产品的概念及实际产品的设计； 强 大 的 布 线 功 能 ： 无 需 我 们 自 己 动 手 不 仅 支 持 自 动 布 局 还 支 持 器 件 自 动 布 线 ；支 持 各 个 不 同 引 脚 之 间 的 交 换 或 者 不 同 门 之 间 的 交 换 ， 这 样 就 使 的 PCB 的 设 计 更加 的 合 理 更 清 晰 ； PCB 设 计 功 能 ： 最 多 可 设 计 16 个 铜 箔 层 ， 2 个 丝 印 层 ， 4 个 机 械 层 （ 含 板 边 ）， 灵 活 的 布 线 策 略 供 用 户 设 置 ， 自 动 设 计 规 则 检 查 ， 3D 可 视 化 预 览 ；